薄膜型LNG船围护系统抗振动性能试验研究

破冰型LNG运输船航行时,将不可避免地与水面的漂浮冰层或者大面积的完整冰层碰撞,碰撞产生的冰载荷将成为影响LNG运输船航行安全的一个重要因素。针对薄膜型LNG船围护系统展开试验,并对试验结果进行分析。在此基础上,进一步计算薄膜型LNG船围护系统的振动响应,结果表明:沿着围护系统短边上表面传递阻抗级比下底板最多高2.2 dB,沿着围护系统长边传递阻抗级最多高6.0 dB;分析围护系统振级落差,发现外围箱体平均振级落差在7.5 dB左右。考虑到中心箱体底板处有加强肋板的缘故,其测点的振级落差比外围箱体高1~2 dB,说明薄膜型围护系统具有良好的隔振性能。

船用燃气轮机箱装体冷却结构优化设计

对船用燃气轮机箱装体进行数值模拟,得到箱装体内部的气流分布和箱装体壁面温度过高的缺陷,在此基础上对船用燃气轮机进行冷却结构优化设计。在箱装体内部设置分支结构以改善气流流向;在箱装体外部设置排气引射器以冷却箱装体并减少能耗;对排气引射器喷嘴进行后缘开缝处理以增加其引射效率。结果表明,所进行的优化设计可满足船用燃气轮机箱装体的冷却要求。

船用膜片联轴器的膜片组件简化建模方法及模态试验

针对船用膜片联轴器的膜片组件螺栓连接的复杂性问题,基于薄层单元法对膜片组件的有限元模型进行简化,提出一种新型简化建模方法——结构分割法。对模型静刚度进行计算,确定结构分割法中结合面单元的弹性模量和泊松比。该方法相较于传统的薄层单元法计算效率更高。将结构分割法模型的模态仿真结果与试验结果进行对比,结果表明,结构分割法模态分析得到的振型与试验测得的前三阶振型吻合较好,固有频率误差均在10%之内,验证简化模型仿真的正确性,可为船用膜片组件结合部动力学快速有效建模提供思路。

船用微引燃甲醇发动机喷油器参数对燃烧和排放特性的影响

[目的]为改善大功率船用发动机燃烧、性能及排放,采用柴油微喷引燃甲醇喷射方式,研究发动机缸内燃烧和排放特性。[方法]基于一台大缸径船用ACD320中速柴油机,建立柴油微喷引燃甲醇发动机三维仿真模型,研究喷油器参数(喷孔数与甲醇喷雾夹角γ)对大缸径船用甲醇发动机燃烧性能与排放特性的影响。[结果]研究结果表明:随着喷孔数的增加,缸内甲醇雾化效果较好,使缸内工质混合较充分,CA50提前,燃烧持续期缩短,获得了较高的指示热效率和较好的燃油消耗率,并有助于降低碳烟排放,但会导致NO_(x)排放量升高。但随着甲醇喷雾夹角的增大,指示热效率增大,能够获得较好的燃油经济性和较低碳烟排放量。当甲醇喷雾夹角位于柴油喷雾夹角时(γ>60°),缸内火焰传播速度较快,指示热效率较大,燃料燃烧较充分,获得碳烟最低排放量和最优燃油消耗率。[结论]分析结果可为发动机喷油器布置提供了理论依据。

波纹消声器声学性能的数值分析及试验

波纹消声器可实现特定频带上的消声最大化,通过调节不同波纹深度的重新组合获取非规则波纹结构来实现频带上的互补。采用侧支共振腔理论公式计算单波纹传递损失,依据双负载原理搭建试验台测量波纹管声学性能,将理论、试验结果分别与数值预测值进行比较。研究结果表明:波纹深度是影响单波纹共振频率的主要因素;非规则波纹结构传递损失带宽主要受非规则波纹数量、相邻波纹深度差影响;消声腔容积影响有效带宽频率范围。最终优化结果相比常规波纹管,在1000~5000 Hz内传递损失均值提升约20.55 dB,带宽拓宽约1750 Hz。

基于半解析法的声学黑洞梁结构参数响应面优化

声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH)对弯曲波的聚集效应具有宽频、高效、实现方法简单灵活等特点,在结构减振降噪领域具有广泛的应用前景。以一维声学黑洞梁为对象,结合声学黑洞半解析建模计算方法和响应面优化方法,分析声学黑洞特征长度、截断厚度、幂律以及阻尼层特征长度和厚度这5个参数对一维声学黑洞梁减振效果的影响规律。以一维声学黑洞梁的减振效果为优化目标,对梁和阻尼的结构参数进行优化设计,优化后的一维声学黑洞梁结构在10~8000Hz频率范围内的平均加速度级降低19.03dB。研究对一维声学黑洞梁结构在减振领域的工程应用具有参考价值。

“双碳”目标下能源动力类专业应用型人才培养优化策略——以江苏科技大学为例

分析“双碳”战略背景下能源动力类专业应用型人才培养存在的主要问题,结合江苏科技大学办学实践,探讨有效提高能源动力类专业应用型人才培养质量的优化策略:以绿色发展理念引领人才培养创新,以胜任岗位要求推进课程设置优化,以提高工程能力推动教学模式改革,以产业发展需求拓展协同育人路径。

涡轮增压器喷嘴环冲蚀磨损后气动特性研究

船用柴油机排放尾气中的固体颗粒会对可变混流涡轮造成冲蚀磨损,导致喷嘴环表面材质剥落,表面粗糙度增加,降低喷嘴环使用寿命。该研究利用ANSYS CFX软件,基于气固两相流的欧拉-拉格朗日法和Finnie磨损模型,研究不同开度下,磨损产生的表面粗糙度对喷嘴环流场、静压和涡轮性能的影响。研究表明:喷嘴环吸力面和压力面两侧的流动边界层厚度、静熵、湍流动能和表面摩擦因数均随粗糙度的增大而增大,导致边界层附近的流动损失增大、气体内能增加、能量耗散增大;喷嘴环两侧的静压差随粗糙度的增大而增大,使喷嘴环结构载荷增大,可能会降低喷嘴环使用寿命;随着表面粗糙度增大,涡轮效率随之降低,但降低速率却有所减小,对不同开度的影响程度也不同。

基于动力吸振原理的低频多模态抑振器设计

为实现结构低频振动控制,基于动力吸振(dynamic vibration absorber, DVA)原理设计了一种多模态抑振器。为研究吸振器阵列与抑振器阵列的抑振效果,建立了附加动力吸振器阵列四边简支板的动力学耦合模型,验证了动力吸振器阵列的振动控制效果;提出了以橡胶板-质量块、橡胶基体-金属柱壳为主要组成结构的多模态低频抑振器,从理论上计算了其各组成结构的轴向共振模态频率,并以动力吸振器参数为基准对抑振器几何参数和材料参数进行了调整,最终通过仿真和实验验证了抑振器阵列振动控制效果。结果表明:当吸振器阵列或抑振器阵列布置位置覆盖结构主要模态下最大变形位置时即可达到最佳控制效果;吸振器阵列与抑振器阵列均有一定的振动控制效果,与吸振器与受控对象间为点接触不同,面接触放大了阻尼在振动控制中的作用,因此抑振器阵列的振动控制效果更为明显。

二甲醚/聚甲氧基二甲醚-3简化机理的构建及验证

采用基于误差的直接关系图法(DRGEP)、敏感性分析法以及同分异构聚合法对二甲醚/聚甲氧基二甲醚-3(DME/DMM3)的联合详细化学反应机理进行简化,最终构建了一个包括65个组分和308个反应方程式的DME/DMM3简化化学动力学机理.为了验证其可靠性,分别用二甲醚(DME)和聚甲氧基二甲醚-3(DMM3)详细机理及试验数据与DME/DMM3简化机理计算得到的着火延迟、层流火焰燃烧速度和组分摩尔分数等进行了比较,并分析了DME/DMM3反应路径.最后验证了柴油机转速为1600r/min,当量比为0.18和0.34,燃料DME与DMM3体积配比为1∶9时的仿真与试验的缸内压力和放热率以及CO、CO_(2)、NO_(x)和HC排放物.结果表明:该DME/DMM3简化机理的着火延迟时间、层流火焰燃烧速度及射流搅拌反应器(JSR)中组分摩尔分数、缸内压力、放热率以及CO、CO_(2)、NO_(x)和HC排放物与试验值吻合良好,验证了简化机理的可靠性.

掠流作用及不同穿孔角度时共振腔消声器性能分析

采用数值方法研究了掠流及不同穿孔角度下共振消声器声学性能的影响。通过求解三维非定常、湍流和不可压缩线性Navier-Stokes方程,得到掠流马赫数对不同穿孔角度下消声器传递损失的影响规律。结果发现,穿孔角度越小的消声器在对应马赫数下的共振频率偏移量越少,马赫数从0.05增加至0.1时,原模型与同向穿孔45°、60°、75°、逆向穿孔45°的偏移量分别为12.3%、9.2%、12.3%、20.0%和7.5%,同时同向穿孔的消声器较原模型在共振频率处都有较大的消声量,表明在流动状态下,穿孔角度显著影响消声器的消声性能,且同向穿孔能有效降低流动对消声器的影响。

约束阻尼对二维声学黑洞薄板减振特性的影响

声学黑洞(Acoustic Black Holes,ABH)以结构厚度的幂律变化实现弹性波的汇聚,结合阻尼层能较好地抑制结构振动。为进一步实现结构的低频振动控制,将声学黑洞与约束阻尼复合,建立附加约束阻尼的二维声学黑洞薄板模型,采用数值方法计算加速度响应与结构损耗因子,研究二维声学黑洞板附加约束阻尼后的减振特性,并通过二维声学黑洞薄板振动试验开展验证,最后探究约束层材料、厚度及约束阻尼半径对声学黑洞板低频减振性能的影响规律。结果表明:相比于附加自由阻尼,约束阻尼使声学黑洞薄板在第一阶共振峰处的加速度导纳降低12.61 dB;当约束层厚度为截断厚度的2倍左右时,薄板整体可以达到较佳的减振效果。研究可为声学黑洞薄板结构的低频减振应用提供重要参考。

浮筏筏体结构改进设计及隔振性能分析

浮筏隔振系统是目前舰船应用最为广泛的隔振方式。多台动力机械设备通过上层隔振器统一安装在公共 筏体上,筏体通过下层隔振器和船体基座相连。以某船用浮筏隔振装置为研究对象,通过3种筏体结构优化的基本思 想,提出筏体改进的3种方案。3种方案分别为加斜板、间断肋和加肋板,并对不同方案下系统的隔振效果进行计算与 分析。研究结果表明:筏体结构经过改进后的系统隔振性能有明显提升,其中最后一种方案减振效果最为显著。

叶顶间隙对高压比离心压气机性能的影响机理

为了研究高压比离心压气机叶顶间隙流动损失的产生机理,建立了18个不同叶顶间隙的压气机叶轮模型,采用数值方法对其进行流场求解计算,对比分析有叶顶间隙与无叶顶间隙下压气机叶轮流道内的流场特性,进行不同叶顶间隙下叶轮流动的对比研究.结果表明:在设计转速与流量下,等熵效率与压比随叶顶间隙比率的增加而近似线性减小;叶轮流道内产生的泄漏涡与主叶片前缘激波相互作用造成有叶顶间隙下的流动损失,高速流体与机匣壁面作用产生的壁面涡与主、辅叶片前缘的激波共同造成了无叶顶间隙下的流动损失;随着叶顶间隙的不断增加,泄漏涡与激波相互作用产生的影响力不断向下游移动,导致压气机性能的不断降低.

多孔泡沫吸声材料微结构对声学特性的影响分析

聚氨酯吸声材料是常用的多孔泡沫吸声材料,其吸声性能与微结构存在密切联系。采用周期性胞元结构的双参数半唯象模型预测高孔隙率聚氨酯泡沫材料的宏观声学参数,基于等效流体模型分析低、中和高频段下泡沫材料的吸声系数。采用响应面优化法分析胞径和网状率对材料吸声系数的综合影响,根据胞径和网状率得到所预测材料吸声系数的回归方程。结果表明:对于具有刚性框架和孔隙率较高的多孔泡沫材料,利用预测模型实现了特定的厚度下其微结构最佳的吸声性能。

基于四端参数法的膜片联轴器等效建模及参数影响分析

为了研究膜片联轴器主要结构参数对其振动特性的影响,开展膜片联轴器集中参数简化模型建模研究和轴向振动传递特性分析。基于四端参数法,采用动刚度矩阵方法计算膜片动刚度参数,构建膜片联轴器等效弹簧质量阻尼系统的振动特性模型,通过与有限元仿真结果对比验证了理论简化模型及计算方法的可行性。在此基础上研究结构参数对膜片联轴器轴向振动传递特性的影响,结果表明:膜片厚度、内径及外径影响振级落差曲线共振频率位置、“穹顶”的个数和“穹顶”峰值、频带带宽大小;膜片弹性模量影响共振频率位置;膜片个数和连接轴段长度影响“穹顶”峰值大小。

船舶通风管道中弹性复合阻振接头设计与减振性能分析

为探究弹性复合阻振接头在邮船通风管道中的减振性能,利用弹性橡胶与质量阻振相结合的质量-阻尼复合阻振技术,设计开发应用于通风管道中的弹性复合阻振接头。通过风机激励试验,研究该弹性复合阻振接头在通风管道中的减振性能,得到其在通风管道中的减振效果。试验结果表明:6款弹性复合阻振接头均能有效提高管道结构振动的阻振效果,拓宽阻振频率范围,并能降低激励源与管路系统之间的振动传递;在100 Hz^5 000 Hz频率范围内,弹性复合阻振接头的振动传递损失基本在10 dB以上,在某些频段能达到30 dB以上,其中双橡胶复合阻振接头在低频中的减振效果最好。

特种液压装置对船舶轴系纵振特性的影响

针对船舶轴系的轴向振动问题,研究一种船舶推力轴承轴向液压脉动衰减器。基于四端参数法对安装液压脉动衰减器的船舶推力轴承进行数学模型简化,推导推力轴到推力轴承壳体表面的振级落差,分析液压脉动衰减器的结构参数对轴向减振效果的影响,并基于遗传算法对结构参数进行优化。研究结果表明,在船舶推力轴承中安装液压脉动衰减器能有效降低轴系的轴向振动;减振效果随着油管内径和油箱体积的增大呈小幅增强的趋势,随着油管长度和液压缸直径的增加呈小幅减弱的趋势;液压缸直径对减振效果的影响最大,其次为油管内径,油箱体积和油管长度对减振效果的影响相对较小;对结构进行优化之后减振效果良好,平均提高12.05 dB。

基于统计能量法的邮轮舱室噪声预报与控制

基于统计能量分析法(Statistical Energy Analysis,SEA),对邮轮舱室噪声进行预报研究。首先分析邮轮的主要噪声源,包括柴油机、发电机组、螺旋桨、空调和风机等动力设备工作时产生的空气和结构噪声。然后利用VA One软件建立了邮轮全船的SEA仿真模型,对其动力设备舱室和生活娱乐舱室等典型舱室进行了噪声预报,得到了各舱室的噪声频谱图及总的声压级值,最后与IMO标准的限值进行比较。计算结果表明除四人间室外其他舱室均符合标准。分析四人间室的主要噪声来源,发现主要是上层的空调机室对其影响较大。提出对空调机室铺设不同结构类型的浮动地板来降低四人间室的噪声值,对比分析可得结构2和结构3降噪效果良好。最后研究了浮动地板不同厚度矿棉的声学特性,发现存在最优的厚度。

浮冰碰撞下船舶舱室瞬态噪声分析及控制

论文针对在冰区航行船舶受到浮冰碰撞时产生的舱室瞬态噪声问题,结合虚拟模态法和统计能量法,将浮冰碰撞载荷作用形式简化成三角波时域曲线,计算浮冰碰撞作用下船体结构的冲击响应。对比在开阔水域和浮冰水域航行时的船舶舱室噪声特性,浮冰冲击导致船首附近舱室噪声声压级显著增加,船员舱室噪声增加了12.7 dB(A)。通过在船首敷设阻尼、布置加强筋等措施抑制受浮冰碰撞区域的冲击响应及其能量传递。结果显示在船首敷设阻尼后,生活工作舱室瞬态噪声平均降低3~5 dB(A),在船首布置横向加强筋比较纵向加强筋更有利于降低舱室瞬态噪声,布置正交加强筋使生活工作舱室瞬态噪声平均降低5.69 dB(A)。研究方法对极地航行船舶舱室的瞬态噪声预报及舒适性评估具有借鉴意义。